Unidad 1 Química IV Área I Guía Trabajo

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UNIDAD I LITIO: UNA FUENTE DE ENERGÍA ALTERNATIVA Objetivos En esta Unidad:  Analizarás el papel de las baterías de litio como unidades de almacenamiento de grandes cantidades de energía eléctrica, a través de la búsqueda, selección y procesamiento de la información, con el fin de que valores las implicaciones de la explotación de este recurso en diversos ámbitos: químico, económico, social y ambiental, y con ello asumas una postura crítica hacia la sostenibilidad del planeta.  Aplicarás los fundamentos de la electroquímica mediante la explicación del funcionamiento de las pilas y baterías de litio y los usos de nuevos materiales para relacionarlos con sus aplicaciones en la vida diaria.  Valorarás el impacto de las pilas y baterías como desechos sobre el ambiente a través de la revisión de información impresa y digital con el fin de proponer medidas encaminadas a la reducción y reciclaje de estos materiales. Introducción Debido a la toxicidad que presentan algunos materiales empleados en la fabricación de pilas y baterías y a la gran demanda de ellas, como una alternativa, se han introducido desde hace varios años materiales amables con el ambiente, uno de estos es el litio que se usa en la construcción de pilas recargables empleadas en dispositivos como celulares inteligentes, laptop, entre otros. Las investigaciones continúan para mejorar estas baterías y emplearlas también en los vehículos eléctricos, además se está implementando el uso de nanomateriales como los nanotubos de carbono para optimizar las propiedades del litio, esto ha implicado una gran demanda de este elemento químico que se hará más intensa en el futuro lo que ha generado algunos problemas geopolíticos, sociales y ambientales en diferentes países. El uso excesivo de las pilas y el contenido de materiales tóxicos en ellas, implica, tomar medidas en cuanto a su consumo, desecho y reciclaje, para contribuir a la conservación del planeta y de sus habitantes.

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1.1 El litio, desde los salares hasta los aparatos tecnológicos a) Conflictos geopolíticos, económicos y sociales derivados de la extracción y comercialización Un salar es un lago superficial en cuyos sedimentos se encuentran sales en grandes concentraciones que se precipitan durante la evaporación por la acción solar. El litio puede extraerse de estas salmueras o de un mineral conocido como espodumeno, mediante procesos de extracción apropiados y así ser empleado en la fabricación de baterías de litio usadas en diferentes dispositivos tecnológicos. En las salmueras el litio se encuentra en forma iónica (Li+).

Actividad 1.1 Y el salar, ¿sala? Considerando la información anterior, contesta las preguntas siguientes. Puedes recurrir también a otras fuentes de información confiables. 1. ¿Cómo se forma un salar?

2. ¿Qué es una salmuera?

3. ¿En qué consiste la evaporación?

4. ¿Qué quiere decir el texto cuando menciona que las sales “se precipitan”?

5. ¿Qué es un ion?

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6. ¿Por qué la sal de litio se encuentra en forma iónica en la salmuera?

7. ¿Qué es un mineral?

8. ¿Qué sales se pueden obtener de un salar?

Actividad 1.2 Algunos salares del mundo 1. Revisa y analiza el video: Los 10 salares más grandes del mundo en la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=Uxq4rBqVc8I 2. Una vez que hayas visto el video, relaciona ambas columnas de la tabla, de acuerdo con su información. Salares

a) Etosha, Namibia

(

b) Arizaro, Argentina

(

c) Del hombre muerto, Argentina

(

Características Se ubica en la provincia de Catamarca, cuenta con cloruros de sodio, litio, potasio y boro, tiene una extensión de ) 650 km2. El litio extraído se utiliza principalmente en la industria automotriz. Es el salar más grande del mundo con una extensión de más de 10000 km2, es ) abastecido por los ríos Ketana y Grande, produce más de 20000 ton al año de sales de litio, sodio y boro. Es el mayor depósito salino de su país, se formó por una depresión en la cual recibe agua del río San Pedro, tiene una ) superficie de 330 km2, constituye el 25% de las reservas mundiales de litio, sodio y boro.

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Salares d) Bonneville salt flats, E.E.U.U.

e) Uyuni, Bolivia

f) Atacama, Chile

Características (

Tiene una extensión de más de 6000 km2, su producción principal es de sal ) yodatada la cual emplea básicamente para su población.

(

Es de los salares más grandes del mundo con una extensión de 2000 km2, sus sales son de origen volcánico, se caracteriza por una formación cónica de ) unos 200 m de altura sobre el nivel del salar, es rico en cloruros, sulfatos, litio, magnesio, boro y además hierro y cobre.

(

Tiene una extensión de 412 km2, sin ) embargo, es de los más importantes en cuanto a extracción de sal en el mundo.

Continuando con la información del video, también contesta las preguntas siguientes: 3. ¿Qué es lo que se conoce como el triángulo del litio?

4. ¿Qué zonas geográficas comprende el triángulo de litio?

5. ¿Cuál es la importancia de esta zona?

6. ¿Por qué se considera al triángulo de litio un área estratégica desde el punto de vista político y económico?

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Actividad 1.3 Conociendo al litio 1. Realiza la siguiente lectura, subraya las palabras que desconozcas. Litio ___________________________________________________

El litio es un elemento que presenta relativa abundancia en la corteza terrestre. Se puede encontrar en las rocas minerales o bien, disuelto en aguas marinas o continentales. Su símbolo es Li, este elemento junto con el sodio, potasio, rubidio y cesio pertenece al grupo uno de la tabla periódica, conocido como la familia de los metales alcalinos. El litio no se encuentra como un metal libre en la naturaleza debido a su alta reactividad. Su nombre procede el griego “lithos” que significa “piedra”, fue descubierto en 1817 en los minerales espodumeno (LiAlSi2O6) y la lepiodita (K(Li,Al)3(F,OH)2(Si,Al)4O10) por el sueco Johan Arfwedson (1792-1841). El elemento se encuentra en dos formas diferentes, en rocas pegmatíticas y en salmueras naturales. Las salmueras naturales son depósitos con mayor concentración de litio en las que se encuentra disuelto como ion, acompañado de potasio, magnesio y boro, también en estado iónico. Sus mayores depósitos proceden de aguas geotermales o en la lixiviación de cenizas volcánicas, arcillas o de otras rocas ricas en este elemento. Cuando las aguas geotermales llegan a la superficie de las cuencas cerradas e impermeables (salares) por acción climática en ambientes áridos y calurosos, se concentran por evaporación. Un salar se forma por diferentes factores: tectónica de placas, volcanismo, hidrotermalismo, endorreísmo y climatológico. Los elementos como el litio se incorporan por la inyección de fluidos gaseosos o líquidos de origen magmático o por el lixiviado subterráneo de aguas meteóricas. Durante el siglo XX se utilizaba principalmente como carbonato de litio (Li2CO3) para el tratamiento de enfermedades psiquiátricas. En la actualidad, se consume aproximadamente el 50% como hidróxido de litio (LiOH), uno de los principales componentes de las baterías recargables. Procesos de extracción del litio La extracción del litio se efectúa de forma diferente si se extrae de salmueras o de otros depósitos minerales.

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Extracción de salmueras Se lleva a cabo mediante un bombeo por debajo de la corteza salina (de 30 a 40 metros de profundidad, dependiendo de su ubicación), este se deposita en piletas de baja profundidad y enormes dimensiones, en las que se van cristalizando diferentes sales por la evaporación causada por el Sol, durante esta parte del proceso intervienen además otras condiciones como los vientos, la velocidad de evaporación, entre otros. El concentrado obtenido, rico en cloruro de litio (LiCl) se envía a un proceso de purificación en el que se añade carbonato de sodio (Na2CO3) para producir carbonato de litio (Li2CO3). Extracción a partir del espodumeno Este proceso se emplea en Estados Unidos, Australia y Canadá, donde se explotan los minerales de litio mediante minería a rajo o tajo abierto. El contenido promedio de Li2O es de 1.5%. Los minerales se someten a un proceso de concentración, que incluye chancado, molienda y flotación. Obteniéndose un concentrado de litio con una ley de 6.0 a 6.5% de Li2O. Por calcinación se transforma el concentrado de espodumeno natural o forma alfa a la forma beta que es más reactiva. En esta etapa se realiza un tratamiento en caliente con ácido sulfúrico (tostación ácida), enseguida, esta mezcla formada por el sulfato de litio (Li2SO4), el mineral residual y el exceso de ácido se envía a un estanque de lixiviación para la obtención de disoluciones de sulfato de litio. Las disoluciones obtenidas se neutralizan, haciéndolas reaccionar con hidróxido de calcio (Ca(OH)2) consecutivamente, se purifican y se concentran en evaporadores de triple efecto. Finalmente se tratan con carbonato de sodio (Na2CO3) para la obtención final de carbonato de litio (Li2CO3), se filtran las impurezas hasta obtener el Li2CO3 en grado técnico (99% de pureza). _____________________ Adaptado por Sánchez (2019) de: Extracción del litio desde el mineral (S/F). De la Hoz, M., Martínez, V., Vedia, J. (2013)

2. Utilizando la información de la lectura anterior, realiza un glosario de los términos que desconozcas. Recuerda que debes consultar fuentes confiables. Glosario

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a) En los recuadros siguientes elabora un diagrama de flujo para los procesos de extracción de litio cuando se realiza a partir de una salmuera y cuando se hace a partir de un mineral. Extracción de litio a partir de una salmuera

Extracción de litio a partir del mineral espodumeno, a tajo abierto.

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Actividad 1.4 Problemas generados por la explotación del litio 1. Analiza y reflexiona sobre el video “Extracción del litio”, en la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=Y0BpLxqhT-w 2. Después de ver y escuchar lo que se expone en el video, escribe tus reflexiones sobre los efectos políticos, económicos, ecológicos y sociales que consideres se pueden generar por la explotación indiscriminada de litio en el mundo, y plantea tus conclusiones al respecto. También puedes revisar los siguientes videos para apoyarte al escribir tus conclusiones. Litio en Bolivia ¿Una nueva oportunidad perdida?, en la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=in_CUi_cf_Y Científicos Industria Argentina - Litio en Argentina en la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=Uxz7o3p2aPw Reflexiones Puedes iniciar tu reflexión considerando: ¿Qué problemas genera a los recursos hídricos de la zona, ¿cómo afecta a la fauna y a la flora del lugar?, ¿cuáles son los problemas geopolíticos que existen en la zona conocida como el triángulo del litio?

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b) Distribución de los yacimientos de litio en el mundo Se ha estimado que el contenido de litio de la corteza terrestre es de 65 partes por millón. Ocupa el lugar 27 en abundancia. Hay alrededor de 145 minerales que contienen litio, pero solamente algunos son de importancia comercial, el espodumeno tiene contenidos del 1 al 5% de litio en forma de óxido (Li2O). También se encuentra disuelto en el agua de mar con un contenido aproximado de 0.17 ppm, siendo una de sus fuentes principales las salmueras. En el núcleo del Salar de Atacama, se encuentran las salmueras que contienen las más altas concentraciones de litio y potasio que se conocen, así como considerables concentraciones de sulfato y boro. Los principales países productores de litio son, Australia, Chile, Argentina, China, Zimbabwe, Portugal y Brasil. En el año 2015 Australia produjo 13,400 toneladas métricas de litio, esta es la reserva de litio más grande del mundo, y ha estado en operación por más de 25 años. Además de litio, Australia exporta espodumeno para las empresas chinas. En el mismo año, Chile fue el segundo productor con 12,900 toneladas. Se considera que Chile y Bolivia son de los países con las reservas de litio más grandes del mundo, mientras que China es el mayor consumidor, pero al igual que Bolivia no tienen una gran industria extractora. En las figuras 1.1, 1.2 y 1.3 se presentan algunos datos del litio a nivel mundial.

Figura 1.1 Distribución geográfica (2016) (Sánchez, 2019)

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Figura 1.2 Principales reservas de litio (2016) (Sánchez, 2019)

Gráfica 1.3 Principales países productores de litio (2010) (Sánchez, 2019)

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Actividad 1.5 Yacimientos de litio 1. Completa la tabla que se presenta a continuación, indica si la procedencia del litio es de salmuera o del mineral de espodumeno. Nombre/Ubicación

Sales que proporciona

Brasil

Tipo de yacimiento Espodumeno

Del hombre muerto, Argentina

Coipasa, Bolivia/Chile

China Central

Atacama, Chile

Salar

Pilgangoora, Australia Occidental

Ethosa, Namibia

Uyuni, Bolivia

2. Analiza el siguiente video Reservas de litio en el mundo, en la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=Y__xLlFxL8g

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Después de analizar el video y considerando lo descrito en la introducción de “Distribución de los yacimientos de litio en el mundo”, contesta lo siguiente: 3. Explica la diferencia que existe entre: Productor de litio, yacimientos de litio y reservas de litio en el mundo. Explicación

4. Escribe el nombre del país que sea el mayor productor del mundo, así como aquel que tenga los yacimientos más grandes y aquel en el que se ubiquen las mayores reservas de litio en el mundo.

5. En el mapa que se presenta a continuación, colorea la ubicación de los yacimientos que se indican en la tabla del inciso (a), anota el nombre de la región y el nombre del yacimiento.

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Figura 1.4 Mapa Mundial https://homesecurity.press/quotes/mapa-mundial-sin-nombres.html

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c) Propiedades físicas y químicas del litio que lo hacen un elemento químico especial El litio es el más liviano de los metales de la tabla periódica, se comercializa principalmente como carbonato de litio (Li2CO3), cloruro de litio (LiCl) e hidróxido de litio (LiOH). Es un excelente conductor del calor y la electricidad, propiedades necesarias para el almacenamiento de energía, éstas son el motivo por lo que experimenta un vertiginoso aumento de su demanda en la actualidad.

Actividad 1.6 Aprendiendo sobre el litio 1. Completa la tabla siguiente con la información solicitada. Utiliza fuentes confiables. Propiedades físicas

Propiedades químicas

Usos

2. Considera las propiedades que tiene el litio y explica ¿por qué es un elemento ideal para la construcción de pilas recargables mundo.

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1.2 Celdas electroquímicas: fuente de energía eléctrica La energía eléctrica que permite el funcionamiento de diversos aparatos electrónicos que funcionan con pilas proviene de la transformación de la energía química que se produce en éstas, mediante un proceso oxidación-reducción. Existen diferentes reacciones y tecnología que se emplea en los diversos tipos de pilas que existen actualmente. a) Reacciones de oxidación-reducción: determinación del estado de oxidación, balanceo redox, agente oxidante y reductor. Estequiometría masa-masa y mol-mol. Las reacciones que implican la transferencia de electrones entre las sustancias que participan, se les conoce como reacciones de óxido-reducción o como reacciones redox. Los procesos de oxidación-reducción son muy comunes en la vida cotidiana, por ejemplo: el oscurecimiento de una manzana, la corrosión de metales, la combustión, entre otros. Para afirmar que ha ocurrido una transferencia de electrones, se determina el estado de oxidación de los átomos que conforman las especies químicas que participan en la reacción química. El estado de oxidación es un número que se ha adoptado por conveniencia y se define como la carga que tiene o parece tener un átomo en la fórmula que representa a una sustancia si los electrones fueran transferidos completamente. Para determinar el estado de oxidación se aplican las siguientes reglas: 1. Todos los elementos en estado libre (no combinados), tienen número de oxidación igual a cero. 2. El estado de oxidación del hidrógeno (H) es 1+, excepto en los hidruros metálicos, donde es 1- (algunos ejemplos son: hidruro de sodio (NaH) e hidruro de calcio (CaH2)). 3. El estado de oxidación del oxígeno (O) es 2-, excepto en los peróxidos donde es 1- (como en peróxido de hidrógeno (H2O2)). 4. El elemento metálico en un compuesto iónico tiene estado de oxidación positivo. 5. En los compuestos covalentes se asigna estado de oxidación negativo al átomo más electronegativo. 27

6. La suma algebraica de los estados de oxidación de los átomos en un compuesto es igual a cero. 7. La suma algebraica de los estados de oxidación de los átomos que forman un ion poliatómico es igual a la carga de éste. Tabla 1.1 Ejemplos para asignar el estado de oxidación según las reglas

Ejemplos para asignar el estado de oxidación según las reglas 1

2

3

4

5

6 2+ 6+

Cl20 Li1+H1-

H1+Br1-

Na21+O21-

7 8-

C4+O22- H21+S6+O42-

=0

5+

8-

= 3-

(P5+O42-)3-

Actividad 1.7 Practicando las reglas De acuerdo con las reglas mencionadas anteriormente, asigna los estados de oxidación de los átomos representados en las siguientes fórmulas químicas y completa la tabla. Puedes auxiliarte de los siguientes videos: Estados de oxidación o Números de oxidación https://www.youtube.com/watch?v=jLElcElc-MU Química. Cálculo del número de oxidación https://www.youtube.com/watch?v=DGUCaiQPdy0 No.

Fórmula

1

Mg

2

KClO3

3

NH41+

4

HI

5

BaCl2

Estado de oxidación asignado

28

No.

Fórmula

6

HNO3

7

NaH

Cálculo del estado de oxidación

Actividad 1.8 Demostrando lo aprendido En las siguientes fórmulas químicas calcula el estado de oxidación del elemento marcado en negritas.

1. KMnO4

2. HF

3. Ba(OH)2

4. Fe2SO4

5. S

6. P2O3

7. KClO5

8. CuOH

9. H3PO4

10. NH3

Reacciones de oxidación-reducción Las reacciones de oxidación y reducción han representado uno de los campos de estudio más importantes de la química, su conocimiento y aplicación han tenido gran impacto económico y tecnológico. Tienen importancia en la industria metalúrgica; en el recubrimiento de superficies (metalizado), en la obtención de elementos metálicos y no metálicos; además son claves en la generación de energía (pilas y baterías), así mismo, en el campo de la bioquímica se encuentran implicadas en un gran número de los procesos vitales de los seres vivos. La siguiente imagen muestra a un trozo de cinta de magnesio al quemarse. El magnesio (Mg) es un metal de aspecto plateado que al quemarse en presencia de oxígeno (O2) se transforma en óxido de magnesio (MgO), un sólido blanco. La ecuación química que representa este cambio químico es la siguiente: Mg + ½ O2 → MgO

Figura 1.5 Cinta de magnesio al quemarse (Espinosa, 2019) 29

Antes del cambio, el magnesio y el oxígeno presentan estado de oxidación cero.

Al reaccionar el magnesio (Mg) con el oxígeno (O2), éste favorece que el metal pierda dos electrones y forme óxido de magnesio (MgO), el magnesio cambia su estado de oxidación a 2+. Cuando un átomo pierde electrones, se le llama oxidación y en este caso se representa mediante la ecuación química de la semirreacción de oxidación:

Los electrones que perdió el magnesio son transferidos al oxígeno quien los gana y se transforma en O2-. Cuando un átomo gana electrones, se le llama reducción y se representa mediante la ecuación química de la semiecuación (semirreacción) de reducción:

Al sumar las dos semiecuaciones se puede observar que al formarse el óxido de magnesio (MgO), el magnesio cambia su estado de oxidación a 2+ y el oxígeno a 2-. El magnesio se oxida y el oxígeno se reduce.

Las reacciones químicas en las que existe transferencia de electrones se les denominan reacciones de oxidación-reducción o redox, ya que para que exista una oxidación debe ocurrir una reducción, como se vio en el ejemplo anterior. A la especie química que promueve que un átomo pierda electrones, es decir, que se oxide se le llama agente oxidante, en este caso es el oxígeno. Así mismo la especie química que favorece que un átomo gane electrones, es decir, que se reduzca se le llama agente reductor, en este caso es el magnesio. 30

Actividad 1.9 ¿En todas las reacciones químicas hay transferencia de electrones? En las siguientes ecuaciones químicas, indica en cuál de ellas hay transferencia de electrones. Explica tu respuesta. Existe transferencia de electrones

Ecuación química

Explicación

Actividad 1.10 ¿Quién es quién? Agente oxidante y agente reductor Analiza las siguientes ecuaciones químicas. Identifica al agente oxidante y al agente reductor.

Agente oxidante

Ecuación química

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Agente reductor

Balanceo de ecuaciones químicas y las relaciones cuantitativas Las relaciones cuantitativas que ocurren en un cambio químico son estudiadas por una rama de la química denominada estequiometría (metría que significa medida y estequio elemento). Para poder efectuar los cálculos estequiométricos relacionados con una reacción química, es necesario conocer la ecuación química balanceada, que la representa y que permite evidenciar la Ley de la conservación de la materia. Para ello existen diferentes métodos de balanceo como: inspección, oxidación-reducción o redox e ion electrón. A continuación, se revisará el método redox. Balanceo por el método redox 1. Escribe la ecuación química a balancear. Verifica que las fórmulas químicas de reactivos y productos se encuentren correctamente escritas. 2. Determina los estados de oxidación de los átomos representados en cada fórmula química. 3. Determina quién se oxida y quién se reduce. Ejemplo:

4. Escribe las semiecuaciones químicas de oxidación y de reducción Semiecuación química de oxidación:

Semiecuación química de reducción:

5. Revisa que, en la zona de reactivos y productos de cada semiecuación química, exista el mismo número de átomos de los elementos respectivos. Semiecuación de oxidación:

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Observa que en la zona de reactivos y en la de productos, existe un átomo de zinc respectivamente. Semiecuación de reducción:

Observa que en la zona de reactivos y en la de productos, existe un átomo de hierro respectivamente. 6. Balancea la carga en cada una de las semiecuaciones, para ello se suman electrones; recuerda que cada uno aporta una carga negativa. Semiecuación de oxidación:

Semiecuación de reducción:

7. Determina el número de electrones transferidos en el proceso de oxidaciónreducción, para ello el número de electrones de la semiecuación de oxidación, multiplica a la semiecuación de reducción y viceversa. Semiecuación de oxidación:

Semiecuación de reducción:

8. Verifica nuevamente que la carga y el número de átomos de cada elemento se encuentren balanceados. 9. Suma algebraicamente ambas semiecuaciones químicas y simplifica: 33

10. Regresa a la ecuación química inicial. Coloca los coeficientes estequiométricos que se obtuvieron en el proceso de balanceo donde corresponda y verifica nuevamente que la ecuación química esté balanceada.

Nota: Balancea la ecuación química, comenzando por los elementos metálicos, no metálicos (diferentes al hidrógeno y al oxígeno), oxígeno e hidrógeno respectivamente. Es importante mencionar que no se deben modificar los subíndices de las fórmulas, por esta razón los números calculados se escriben como coeficientes a cada fórmula que representa a una sustancia determinada. Existen ecuaciones químicas en las que dos especies químicas se oxidan y una se reduce o bien dos especies químicas se reducen y una se oxida. A continuación, se explicará un ejemplo con base en la siguiente ecuación:

1. Determina los estados de oxidación de cada uno de los átomos representados en cada sustancia:

34

2. Escribe las semiecuaciones químicas de oxidación y de reducción. Semiecuaciones químicas de oxidación:

Semiecuación química de reducción: 3. En cada una de las semiecuaciones químicas, balancea la masa y la carga: Semiecuaciones químicas de oxidaccion:

Semiecuación química de reducción: 4. Obtén la semiecuación química total de oxidación, para ello debes sumar ambas semiecuaciones químicas:

5. Determina el número de electrones transferidos en el proceso de oxidaciónreducción, para ello el número de electrones de la semiecuación de oxidación, multiplica a la semiecuación de reducción y viceversa. Semiecuación química de oxidación:

Semiecuación química de reducción:

6. Realiza la suma algebraica de la semiecuación química de oxidación y la semiecuación química de reducción: 35

7. En la ecuación química inicial, coloca los coeficientes estequiométricos que se obtuvieron en el proceso de balanceo donde corresponda, y verifica nuevamente que la ecuación química esté balanceada.

La ecuación química está balanceada lo que permitirá analizar las relaciones cuantitativas o estequiométricas que de ella se derivan, así como realizar los cálculos correspondientes.

Actividad 1.11 Verifiquemos la Ley de la Conservación de la Materia Copia las siguientes ecuaciones químicas en tu cuaderno, balancéalas por el método redox y completa la siguiente tabla:

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Ecuación química balanceada

Número de electrones transferidos

Relaciones estequiométricas mol-mol Las relaciones estequiométricas mol-mol de una ecuación química balanceada, nos permiten conocer el número de mol de una sustancia que se necesita para reaccionar con un determinado número de mol de otra sustancia, así como determinar el número de mol de cada uno de los productos obtenidos en la misma reacción química. Observa la siguiente ecuación química:

En ella se representa que 2 mol de cloruro de hierro (III) (FeCl3) reaccionan con 1 mol de zinc (Zn), se producen 2 mol de cloruro de hierro (II) (FeCl 2) y 1 mol de cloruro de zinc (ZnCl2). Las relaciones estequiométricas del FeCl3 con cada una de las sustancias que participan en esta reacción, se pueden expresar como factores o razones unitarias de la siguiente manera: Relaciones estequiométricas del cloruro de hierro (III) (FeCl3) 2 𝑚𝑜𝑙𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 2 𝑚𝑜𝑙𝐹𝑒𝐶𝑙3 2 𝑚𝑜𝑙𝐹𝑒𝐶𝑙3 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 𝑜 2 𝑚𝑜𝑙𝐹𝑒𝐶𝑙2 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛𝐶𝑙2 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛𝐶𝑙3 37

Relaciones estequiométricas del zinc (Zn) 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 𝑜 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛𝐶𝑙2 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 ¿Para qué sirven las relaciones estequiométricas que se obtienen de una ecuación química balanceada? Para explicar la utilidad de conocer las relaciones estequiométricas que se derivan de una ecuación química balanceada, nos basaremos en la siguiente:

Supón, que se quiere conocer ¿cuántos mol de FeCl2, se obtienen a partir de 3.5 mol Zn? 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 𝑋 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 = (3.3 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛) ( ) = 7 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛 Los 3.5 mol de Zn se transforman a mol de FeCl2 mediante la relación estequiométrica

2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

y al efectuar el análisis dimensional, se observa cómo

se cancelan las unidades.

Actividad 1.12 Las relaciones estequiométricas en una ecuación química 1. Con base en las ecuaciones químicas que balanceaste en la actividad 1.11 contesta lo que se solicita a continuación: Escribe las relaciones estequiométricas de: a) Aluminio (Al) con manganeso (Mn) _____________________________________________________________ b) Clorato de bario (Ba(ClO3)2) con oxígeno (O2) _____________________________________________________________ 38

c) Ácido sulfúrico (H2SO4) con hidrógeno (H2) ______________________________________________________________ d) Zinc (Zn) con nitrato de plomo (II) (Pb(NO3)2) ____________________________________________________________ e) Sulfuro de hierro (II) (FeS) con óxido de hierro (III) (Fe2O3) ____________________________________________________________ 2. De acuerdo con la ecuación química balanceada, resuelve lo que se pide: Ba(ClO3)2

BaCl2 + 3O2

a) 1 mol de Ba(ClO3)2 produce ______ BaCl2 y se representa mediante las relaciones estequiométricas respectivas.

b) ¿Cuántos mol de cloruro de bario (BaCl2) se producen a partir de 2.75 mol de clorato de bario (Ba(ClO3)2)? ________________ c) ¿Cuántos mol de clorato de bario (Ba(ClO3)2) se necesitan para formar 4.5 mol de oxígeno (O2)? _________________ d) Balancea la siguiente ecuación química y resuelve lo que se pide: 4Al + ___ MnO2 ____ Mn + ____Al2O3 ____ mol de MnO2 produce ____ mol de Al2O3 y se representa mediante las relaciones estequiométricas como:

e) ¿Cuántos mol de manganeso (Mn) se producen a partir de 15 mol de aluminio (Al)? _____________ 39

f) ¿Cuántos mol de óxido de manganeso (IV) (MnO2) y cuántos mol de aluminio (Al) se requieren para obtener 3 mol de Al2O3? Mol de MnO2 ______________ Mol de Al _________________ Relaciones estequiométricas masa-masa Cuando en un proceso químico se desea conocer la masa de cierta sustancia que se forma, o bien la masa de un reactivo, las relaciones estequiométricas masamasa permiten conocer teóricamente dichos valores. Por ejemplo, si se desea conocer la masa de aluminio (Al) que se necesita para obtener 20 g de hidrógeno en estado gaseoso (H2) a partir de la siguiente ecuación química:

Para iniciar, se necesita conocer la masa molar (MM) del aluminio (Al) e hidrógeno (H2). Recuerda que para calcular la masa molar (MM) de una sustancia, se suman los valores de las masas atómicas de los elementos y se multiplica por el número de veces que éstos aparecen en la fórmula. MM (g/mol): H = 1; Al = 27 Para el H2, entonces se tiene H2 = 2 g/mol, este valor significa que en 1 mol de H22, existen 2g de hidrógeno, lo cual se puede expresar como: 2 𝑔𝐻2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 2 𝑔 𝐻2 Al = 27 g/mol, se expresa como: 27 𝑔 𝐴𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 27 𝑔 𝐴𝑙 De acuerdo con lo que se explicó con anterioridad, la relación estequiométrica entre el Al y el H2 que aporta la ecuación química balanceada es: 2 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 40

De acuerdo con el análisis dimensional, se elige la relación estequiométrica que permite simplificar las unidades, entonces se tiene: 𝑋 𝑔 𝐴𝑙 = (20 𝑔 𝐻2 ) (

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 2 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙 27 𝑔 𝐴𝑙 )( )( ) = 162 𝑔 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 2 𝑔 𝐻2 3 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙

Observa como al realizar el análisis dimensional las unidades se cancelan hasta llegar a gramos de aluminio (Al).

Actividad 1.13 Cuánto necesito y cuánto obtengo Lee con atención y resuelve los siguientes ejercicios: 1. Considera la siguiente ecuación química balanceada. A partir de ella determina lo siguiente: 4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O a) ¿Cuántos gramos de ácido nítrico (HNO3) se requieren para obtener 10 g de nitrato de zinc (Zn(NO3)2)?

b) ¿Cuántos gramos de óxido de nitrógeno (I) (N2O) se producirán a partir de 15 g de zinc (Zn)?

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2. Se desea obtener óxido de aluminio (Al2O3), a partir de aluminio (Al) y óxido de cromo (II) (CrO), por calentamiento. Dicho proceso químico se representa mediante la ecuación química: a) ¿Cuántos gramos de aluminio (Al) se requiere para obtener 150 g de óxido de aluminio (Al2O3)?

b) Si se parte de 250 g de óxido de cromo (II) (CrO), ¿cuántos gramos de cromo (Cr) se obtendrán?

b) Predicción de procesos redox: potencial estándar de reducción y fuerza electromotriz A través de las aportaciones de grandes científicos como Luigi Galvani, Alessandro Volta y Michael Faraday, entre otros, se establecieron las bases para la electroquímica la cual es una rama de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química. Al colocar un clavo de hierro (Fe0) en una disolución de sulfato de cobre (II) (CuSO4), el hierro se oxida a Fe2+ mientras que el Cu2+ se reduce a cobre metálico (Cu0), de acuerdo con la siguiente ecuación química: Fe0(s) + Cu2+(ac)  Fe2+(ac) + Cu0(s) Los electrones se transfieren de forma directa del agente reductor (Fe) al agente oxidante (Cu2+) en la disolución, sin embargo, si el agente oxidante se separa físicamente del agente reductor, la transferencia de electrones se puede realizar a través de un conductor externo (cable).

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Una celda electroquímica es un sistema que consta de dos electrodos que se humedecen en un electrolito y en los cuales una reacción química utiliza o produce corriente eléctrica. Hay dos tipos de celdas electroquímicas: a) voltaicas o galvánicas: son aquellas donde una reacción espontánea genera una corriente eléctrica. b) electrolíticas: donde una corriente eléctrica provoca una reacción que de otra forma no sería espontánea. Fuerza electromotriz En el ejemplo de la sección anterior ¿por qué se oxida el Fe0? ¿Por qué la reacción es espontánea? Se explicará por medio de una analogía. Si se compara el flujo de electrones que produce una celda voltaica con una cascada que cae desde lo alto de una montaña, el agua fluye de manera espontánea en una caída debido a la diferencia de energía potencial entre la parte superior de la cascada y la inferior. Lo mismo ocurre en la celda voltaica, los electrones fluyen desde donde se lleva a cabo la oxidación hacia donde se lleva a cabo la reducción a través de un circuito externo, debido a una diferencia de energía potencial.

Figura 1.6 Analogía para explicar el flujo de electrones del ánodo al cátodo de una celda galvánica (Esquivel, 2019)

La diferencia de energía potencial por carga eléctrica entre dos electrodos se mide en volts. Un volt (V) es la diferencia de potencial que se requiere para impartir 1 joule (J) de energía a una carga de 1 coulomb (C).

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La diferencia de energía potencial entre los dos electrodos de una celda voltaica proporciona la fuerza motriz que empuja a los electrones a través del circuito externo, por lo que se llama fuerza electromotriz (fem) o potencial estándar. La fem específica de una celda voltaica depende de las reacciones químicas que se realizan, de la temperatura, así como de la concentración de los reactivos y productos. Para nuestra comodidad se han realizado mediciones experimentales en condiciones estándar, es decir, 25°C, 1 atm de presión y una concentración 1 M de reactivos y productos. Para realizar estas mediciones se eligió arbitrariamente al electrodo de hidrógeno como referencia y se le asignó el valor de cero. 2H+(1M) + 2e‒  H2 (1 atm)

E°= 0 V

El superíndice (°) denota condiciones de estado estándar de reducción. En la tabla 1.2 se muestran los potenciales estándar de reducción (E°) de algunos elementos químicos.

Agentes oxidantes fuertes

Elemento Litio Potasio Calcio Sodio Magnesio Cromo Zinc Hierro Cadmio Níquel Estaño Plomo Hidrógeno Cobre Yodo Mercurio Oxígeno Cloro Oro Flúor

Semiecuación Li+(ac) + e‒  Li(s) K+(ac) + e‒  K(s) Ca2+(ac) + 2e‒  Ca(s) Na+(ac) + e‒  Na(s) Mg2+(ac) + 2e‒  Mg(s) Cr2+(ac) + 2e‒  Cr(s) Zn2+(ac) + 2e‒  Zn(s) Fe2+(ac) + 2e‒  Fe(s) Cd2+(ac) + 2e‒  Cd(s) Ni2+(ac) + 2e‒  Ni(s) Sn2+(ac) + 2e‒  Sn(s) Pb2+(ac) + 2e‒  Pb(s) 2H+(ac) + 2e‒  H2 (g) Cu2+(ac) + 2e‒  Cu(s) I2 (s) + 2e‒  2I-(ac) Hg2+(ac) + 2e-  Hg(s) O2(s)+4H+ + 2e‒ H2O(ac)

Cl2 (s) + 2e‒  2Cl|-(ac) Au3+(ac) + 3e‒  Au(s) F2 (s) + 2e‒  2F-(ac) .Tomado de Brown, 2017

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E° (V) -3.05 -2.93 -2.87 -2.71 -2.37 -0.91 -0.76 -0.44 -0.40 -0,25 -0.14 -0.13 0.0 +0.34 +0.54 +0.85 +1.23 +1.36 +1.42 +2.87

Agentes reductores fuertes

Tabla 1.2 Potenciales estándar de reducción (25°C, 1 atm, 1 M)

Los potenciales estándar de reducción se usan en la predicción de espontaneidad de las reacciones redox y en la construcción de celdas electroquímicas. Predicción de procesos redox Es posible decidir si una reacción de oxidación-reducción es espontánea a partir de los potenciales estándar de reducción y el cálculo de la fem asociada a ella. Por ejemplo, se quiere saber si al colocar una tira de magnesio (Mg0) en una disolución de sulfato de cobre (II) (CuSO4) habrá reacción. Mg0 + Cu2+  ? a) Para resolver este problema, busca en la tabla 1.2 los potenciales estándar de reducción de cada especie química: Mg2+(ac) + 2e-  Mg(s) Cu2+(ac) + 2e-  Cu(s)

-2.37 V +0.34 V

Observa la tabla 1.2, todas las semiecuaciones están escritas como reducciones. Sin, embargo, cuando se tienen dos semiecuaciones, aquella que tiene el potencial de reducción más bajo, procede pero en dirección opuesta y será una reacción de oxidación. En otras palabras, la semiecuación más positiva procede como una reducción y la semiecuación más negativa como una oxidación. b) Acomoda en una recta numérica, de acuerdo con el valor del potencial estándar de reducción de cada semiecuación. El valor de -2.37 debe quedar a la izquierda del +0.34. El primer valor corresponde al potencial estándar de reducción del magnesio, por lo que sobre esa línea vertical se colocarán las especies Mg2+/Mg0. En la parte superior se ponen los agentes oxidantes fuertes. Recuerda que un agente oxidante es la especie química que se reduce, por lo tanto, para el magnesio, el agente oxidante fuerte es el Mg2+ y el agente reductor es Mg0. En la parte superior se coloca el Mg 2+ y en la inferior el Mg. El mismo procedimiento se realiza con el cobre; de tal forma que las especies químicas quedan colocadas así:

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c) Encierra las especies químicas que el enunciado del problema indica que reaccionan (Mg, Cu2+). La reacción se llevará a cabo espontáneamente cuando las especies se unen mediante una recta de pendiente positiva:

d) El sentido de las flechas indican los productos, es decir, Mg2+ y Cu0. e) Las especies químicas encerradas son los reactivos y la flecha indica a los productos. Por lo tanto, se observará una reacción cuando una tira de magnesio se introduce en una disolución de sulfato de cobre: Mg(s) + Cu2+(ac)  Mg2+(ac) + Cu(s) Otra forma de predecir que un proceso es espontáneo es a través de la fórmula: E° = E°red (proceso de reducción) - E°oxid (proceso de oxidación)

Si E° es positivo indica que el proceso es espontáneo Si E° es negativo indica que el proceso es no espontáneo De acuerdo con el ejemplo anterior: Mg0 + Cu2+  ? I) Observa los potenciales estándar de reducción Ecuación 1

Mg2+(ac) + 2e‒  Mg(s)

-2.37 V

Cu2+(ac) + 2e‒  Cu(s) +0.34 V II) De acuerdo con los potenciales estándar de reducción el magnesio se oxida (porque tiene el valor más negativo) y el cobre se reduce. Ecuación 2

III) Sustituye en la fórmula: E° = (0.34)-(-2.37) = + 2.71 Al obtenerse un valor positivo, se infiere que es un proceso espontáneo. 46

Actividad 1.14 Predicciones De acuerdo con lo explicado en la sección anterior, contesta las preguntas siguientes: 1. En joyería, una prueba para verificar que una pieza es de oro (Au) consiste en introducirla en ácido clorhídrico (H+), si no le ocurre nada, es oro. De acuerdo con los potenciales estándar de reducción establece una hipótesis que explique esto.

2. El galvanizado consiste en aplicar un recubrimiento de zinc en utensilios de hierro con el propósito de evitar que el hierro se oxide. Coloca en una recta numérica las semirreacciones de hierro y zinc. Explica a qué se debe este comportamiento.

c) Celdas galvánicas y electrolíticas: sus aplicaciones Como ya se explicó previamente, las celdas galvánicas son aquellas en las que se produce corriente eléctrica por medio de reacciones espontáneas. En la figura 1. 4 se esquematiza una celda galvánica formada por magnesio y cobre. Observa que hay dos vasos y en cada uno de ellos hay una barra de los metales antes mencionados. Cada vaso es una semicelda: una de oxidación y otra de reducción. Las dos barras metálicas reciben el nombre de electrodos. El electrodo en el que se produce la oxidación se llama ánodo y donde se lleva a cabo la reducción es el cátodo. Ambos electrodos están conectados por un circuito externo (cable) que permite el flujo de electrones. 47

Una parte importante en las celdas galvánicas es el puente salino el cual une las dos semiceldas y permite la neutralidad eléctrica a través de la migración de iones. Éste se construye con un tubo que se llena de un electrolito como cloruro de sodio o de potasio.

Figura 1.7 Celda galvánica (Esquivel, 2019)

Actividad 1.15 Funcionamiento de una celda galvánica 1. Consulta el simulador de celdas galvánicas de Physics and Chemistry by Clear Learning en la siguiente URL: http://www.physics-chemistry-interactive-flashanimation.com/chemistry_interactive/daniell_cell.htm 2. En esta URL encontrarás el esquema de una celda galvánica de zinc-cobre. Al colocar el cursor sobre la barra de metal de zinc, de cobre y el puente salino puedes observar qué sucede a nivel nanoscópico. Examina detenidamente el flujo de iones, el aumento y diminución de los electrodos y, finalmente haz un acercamiento al puente salino. Con base en lo anterior contesta las preguntas siguientes: a) ¿Qué le ocurre al electrodo de zinc y al de cobre?

b) ¿Por qué ocurre lo anterior?

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c) ¿Por dónde circulan los electrones?

d) Al realizar el acercamiento en el puente salino, ¿qué ocurre con lo iones que los componen?

De acuerdo con la celda galvánica de la figura 1.4, los electrodos son el magnesio y el cobre. Para identificar la especie química que se oxida y la que se reduce, los pasos son los siguientes: a) De acuerdo con las semiecuaciones: Mg2+(ac) + 2e‒  Mg(s) Cu2+(ac) + 2e‒  Cu(s)

-2.37 V +0.34 V

b) Coloca las especies en la recta numérica como se explicó en la sección previa. c) Por ser una celda galvánica, se encierran las especies que se unen a través de una recta de pendiente positiva.

d) Las especies químicas encerradas son los reactivos y el sentido de las flechas indican los productos en cada electrodo. El magnesio pasa de Mg0 a Mg2+ por lo que se oxida. Mg(s)  Mg2+(ac) + 2eEl cobre pasa de Cu2+ a Cu0 por lo que se reduce, Cu2+(ac) + 2e‒  Cu(s) e) Identifica la semireacciones de oxidación y reducción para asignar al ánodo y al cátodo. Mg(s)  Mg2+(ac) + 2e-

Semiecuación de oxidación

ÁNODO

Cu2+(ac) + 2e-  Cu(s)

Semiecuación de reducción

CÁTODO

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f) Para calcular la fem de celda (Ecelda) se utiliza la fórmula siguiente: Ecelda = E°cátodo- E°ánodo Sustituyendo los valores del ejemplo realizado: Ecelda = (0.34 V) – (-2.37 V) = +2.71 V Este valor indica el voltaje que producirá dicha celda. Si E°celda es positivo indica que el proceso es espontáneo Si E°celda es negativo indica que el proceso es no espontáneo

Actividad 1.16 Celdas galvánicas Revisa el simulador de Voltaic cell Virtual Lab en la siguiente URL: http://www.kentchemistry.com/moviesfiles/Units/Redox/voltaiccelll20.htm a) Elige los dos electrodos y las disoluciones correspondientes. b) Selecciona la misma concentración de las disoluciones para cada electrodo. c) Enciende el multímetro. d) Realiza una captura de pantalla en donde se observe el voltaje de la celda así como los electrodos y disoluciones que elegiste. Imprime y pega en este espacio.

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e) En el espacio siguiente, Identifica al ánodo y al cátodo de acuerdo con los potenciales estándar de reducción, así como el E°celda. Compara el resultado teórico con el que se observó en el multímetro del simulador.

f) Describe a nivel nanoscópico qué sucede en el ánodo, en el cátodo y en el puente salino (respecto al flujo de átomos, iones y electrones).

Celdas electrolíticas En las celdas electrolíticas se realiza un proceso en el que se usa energía eléctrica para que se lleven a cabo reacciones químicas no espontáneas. Por ejemplo, las pilas recargables de niquel-cadmio, cuando las usas en diversos aparatos eléctricos, se realizan reacciones espontáneas, es decir, funciona como una celda voltaica, sin embargo, cuando la conectas a la corriente eléctrica está funcionando como una celda electrolítica. Para analizar este tipo de celda, se partirá de las pilas recargables de Ni-Cd. Para ello: a) Busca las semirreacciones y los potenciales estándar para cada elemento. Ni2+(ac) + 2e‒  Ni(s) Cd2+(ac) + 2e‒  Cd(s) 51

E°= -0.25 V E°= -0.40 V

b) Coloca en la recta numérica las semirreacciones. Por ser una celda electrolítica, donde se lleva a cabo una reacción no espontánea, las especies se unirán con una recta de pendiente negativa.

Al igual que en las celdas voltaicas, el electrodo en el que se produce la reducción se llama cátodo y donde ocurre la oxidación es el ánodo. Figura 1.8 Celda electrolítica (Esquivel,2019)

Ni0(s)

Ni2+(ac) + 2e‒

Cd2+(ac) + 2e‒  Cd0(s)

Semiecuación de oxidación

ÁNODO

Semiecuación de reducción

CÁTODO

En la figura 1.8 se muestra el esquema de una celda electrolítica:

Actividad 1.17 Celdas electrolíticas En las celdas electrolíticas siguientes, identifica al ánodo y cátodo. a) zinc-hierro

b) cromo- cobre

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c) hierro-cromo

Actividad 1.18 Algunas aplicaciones de las celdas galvánicas y electrolíticas. Realiza una investigación acerca de las aplicaciones de las celdas galvánicas y electrolíticas en la vida cotidiana. Para ello consulta fuentes confiables y llena el cuadro siguiente: Celda galvánica o electrolítica

Aplicación

Marcapasos corazón

en

Electrodos

Funcionamiento

el

Baterías de NiCd

Electrochapeado de un CD Acumulador de plomo de un automóvil c) Ventajas y desventajas del uso de baterías de litio Las baterías han evolucionado a pasos agigantados como respuesta a la demanda del mercado, por ejemplo, las baterías de níquel-cadmio, dan mejores prestaciones energéticas, pero con mayor costo y problemas ambientales.Las baterías actualmente usadas en muchos dispositivos electrónicos son las de ion litio las 53

cuales proporcionan grandes ventajas. Éstas surgieron en la década de 1990 y con el paso del tiempo han evolucionado de tal forma que se han reducido costos de producción y ha aumentado su capacidad de almacenamiento. El litio presenta propiedades que lo hacen ideal para construir baterías, dentro de las que se encuentran:  Es el metal más ligero de todos, con casi la mitad de la densidad del agua.  Una alta capacidad específica, lo que permite obtener energía con una masa inferior. Esto ha permitido desarrollar baterías más pequeñas y delgadas, que actualmente se usan las computadoras y teléfonos celulares.  Su alto potencial estándar de reducción lo hace especialmente adecuado en las baterías, la cerámica y el vidrio. Tiene una alta conductividad térmica y una baja viscosidad.  Por otro lado, cuando un ánodo de litio metálico se combina con cátodos de ciertos óxidos de metales de transición, las celdas electroquímicas reversibles que resultan presentan valores de voltaje superiores al de otros sistemas; ello contribuye a una alta densidad de energía.  El litio se utiliza como ánodo de sacrificio en baterías eléctricas no recargables o como cátodo en baterías recargables debido a su alta equivalencia electroquímica y bajo potencial estándar de reducción. Por las propiedades mencionadas anteriormente, el litio es un material ideal para el desarrollo de las baterías de ion-litio. A continuación se describe de manera muy sencilla su funcionamiento.

Funcionamiento de las baterías de ion-litio Las baterías secundarias de ion litio están compuestas de celdas que utilizan compuestos de intercalación de litio en ambos electrodos. Durante el ciclo de la batería, los iones de litio (Li+) son intercambiados entre los electrodos. Por esto son conocidos como baterías de “mecedora”, ya que los iones de litio se mecen o transfieren de un lado al otro entre el ánodo y el cátodo durante la carga y descarga de la celda. El material para el cátodo es generalmente un óxido metálico con una estructura de capas, tal como el óxido de cobalto y litio (LiCoO 2), o un material con una estructura de túnel, tal como el óxido de litio y manganeso (LiMn2O4), sobre un colector de corriente de aluminio laminado. El ánodo es generalmente de grafito, que es también un material con estructura de capas, sobre un colector de corriente de cobre. Durante los procesos de carga y descarga, los iones de litio se insertan o extraen de los espacios intersticiales de las capas atómicas de los materiales activos. 54

Figura 1.9 Funcionamiento de una batería de ion-litio (Esquivel, 2019) Tomado de Martínez, (2010)

Actividad 1.19 Ventajas y desventajas de las baterías de litio. A continuación, se presenta un cuadro con algunas de las ventajas y desventajas de las baterías de ion-litio. Realiza una búsqueda en fuentes confiables y completa la información. Ventajas Tamaño de las baterías:

Desventajas Tiempo de vida útil:

Efecto memoria:

Circuito de seguridad:

Voltaje:

Precio:

Rapidez en la carga:

Desempeño en climas extremos:

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Con toda la información anterior ¿consideras que las baterías de ion litio representan un adelanto tecnológico en este siglo? Justifica tu respuesta.

1.3 Nuevos materiales en la construcción de las baterías Los nanomateriales de carbono incluidos los nanotubos, las nanofibras, y el grafeno, apuntan para sustituir al grafito en los ánodos de las baterías de ion-Litio, con el propósito de mejorar las características de estas baterías con vistas a ser empleadas en vehículos eléctricos u otros sistemas de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala. a) Nanomateriales de carbono: aplicación como ánodos en baterías de ionlitio Los nanotubos y nanofibras de carbono presentan propiedades morfológicas, mecánicas y electrónicas excepcionales, que permiten su aplicación en muchos campos que van desde una amplia gama de componentes electrónicos, al reforzamiento de materiales (conductividad eléctrica y resistencia mecánica), almacenamiento de gases como el hidrógeno a la utilización como soportes catalíticos. Esto se logra al diseñar sus características a nivel molecular controlando su forma y tamaño a escala nanométrica (10-9 m).

Actividad 1.20 ¿Nano qué? 1. Realiza la siguiente lectura. Nanotubos de carbono _____________________________ Los nanotubos presentan excelentes propiedades mecánicas, por ejemplo, son 10 veces más ligeros que el acero, 100 veces más resistente, y a la vez 10.000 veces más finos que un cabello, si se le añade que dentro de sus propiedades eléctricas, pueden ser tanto conductores como aislantes, podremos disponer de un cable para fabricar circuitos electrónicos con diámetros de 10 nanómetros, es decir, entre 10 y 100 veces más pequeños que los actuales de 0.1 micras.

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Si podemos imaginar un plano atómico de grafito, o sea, al grafeno, y lo enrollamos sobre sí mismo (como si fuera una cartulina), se obtendrá un tubo diferente según como se enrolle, de acuerdo con esto, el nanotubo podría ser conductor o semiconductor de la electricidad o incluso aislante de ella. Si es conductor podrá transportar elevadas densidades de corriente. Son capaces de doblarse mucho sin romperse, manteniendo sin alteraciones su estructura interna. Con respecto a su dureza, existen los nanotubos unicapa (de pared sencilla, es decir, una lámina de grafeno enrollada sobre sí misma) que son muy duros. Sin embargo, esta se puede incrementar si se tiene un nanotubo de múltiples capas (varias láminas enrolladas una a una e introducidas unas dentro de las otras sin tocarse, como si fueran matrioshkas rusas). El empleo de nanotubos como ánodos en las baterías de litio, se debe a su elevada conductividad eléctrica y a su área superficial. Debido a su tamaño nanométrico (10-9 m) se disminuyen las distancias que tienen que recorrer los iones litio para intercalarse, reduciendo el tiempo de difusión, además, aumenta el área de contacto con el electrolito, lo que facilita el acceso de los iones al material activo. Esto otorga ventajas como, mayor potencia (tiempos de carga/descarga más rápidos) y más energía. Sin embargo, se eleva el costo de las baterías. ___________________ Adaptado por Sánchez: 2019 de: Briones, C., Casero, E., Martín, J., Serena, P. 2009 y Cameán, I. (2016).

Analiza el video siguiente: ¿Qué es un nanotubo de carbono? En la siguiente la siguiente URL: https://www.youtube.com/watch?v=6k3U2rCOvVc 2. De acuerdo con la lectura del inciso (a) y al análisis del video (b), contesta las siguientes preguntas. Para saber más, recurre a fuentes confiables. a) ¿Qué materiales de carbono se han encontrado, que sean diferentes del grafito?

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b) ¿Qué es un nanotubo de carbono?

c) ¿Cómo se puede representar macroscópicamente un tubo de carbono?

d) ¿Qué propiedades presentan los nanotubos de carbono?

e) ¿De qué dependen las propiedades de los nanotubos?

3. ¿Qué ventajas y desventajas ofrecerán los nanotubos de carbono si se emplean en la fabricación de baterías de ion-litio?

Ventajas:

Desventajas:

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De acuerdo con lo que se presenta en el video “¿Qué es un nanotubo de carbono?”, un nanotubo de carbono se forma con una lámina de grafeno cuando ésta se enrolla de tal forma que los átomos de los extremos opuestos puedan formar enlaces y producir una estructura cilíndrica. Para lograr esto se debe someter a elevadas temperaturas y utilizar catalizadores, entre otras condiciones. Las propiedades de los nanotubos dependerán de la forma como se hayan enrollado.

Actividad 1.21 Modelando nanotubos En esta actividad construirás modelos macroscópicos de tubos que simulen las diferentes estructuras de los nanotubos de carbono. Imprime en una hoja de acetato la plantilla que se encuentra al final de esta actividad (figura 1.12), la cual, representará una lámina de grafeno. Cada vértice (o nodo) del hexágono corresponderá a la posición de un átomo de carbono con hibridación sp2. También necesitarás un marcador para acetato y cinta adhesiva transparente. ¿Cómo lo vas a hacer? Primera etapa. Elige los puntos geométricos que permitan identificar los nodos, de esta lámina. Puedes elegir un punto cualquiera en la malla como el origen de las coordenadas (O). A partir de ese punto traza dos vectores n y m, que incluyan un número entero de hexágonos, éstos formarán una base en la malla de “grafeno” debido a que permiten ir de un punto de ésta a cualquier otro. En el ejemplo de la figura 1.10 se eligieron n=5 y m=4 Realiza las proyecciones de esos vectores como se muestra con las líneas punteadas de la figura 1.10 y traza el vector resultante OP.

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Figura 1.10 Eligiendo puntos geométricos (Sánchez, 2019)

Segunda etapa. Enrolla la “lámina de grafeno”, para hacer esto lleva el punto “O” sobre el punto “P” como se muestra en la figura 1.11, corta si es necesario para unir los bordes del tubo y pégalos con cinta transparente para que no se desarme.

Figura 1.11 Dándole forma al tubo (Sánchez, 2019)

Toma fotos de tus modelos de nanotubos y pégalas en el recuadro.

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Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Hiciste la estructura de un nanotubo?

2. ¿Qué tipo de macro tubo modelaste? Explica por qué.

3. ¿A qué se deben las propiedades de los nanotubos de carbono?

4. Escribe algunas aplicaciones de los nanotubos de carbono.

Adaptado por: Sánchez (2019) de: Briones, C., Casero, E., Martín, J., Serena, P. (2009).

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Figura 1.12 Lámina de grafeno (Sánchez, 2019)

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b) Funcionamiento y usos de pilas y baterías Una pila es un dispositivo en el cual la reacción química que libera energía no es reversible, es decir que, una vez consumido los reactivos durante el proceso de descarga se torna desechable. Estas se consideran un generador primario. Las pilas de zinc son de este tipo. Una batería es capaz de producir y almacenar energía eléctrica a partir de reacciones químicas de óxido reducción. Si la reacción química es reversible, se consideran generadores secundarios, capaces de acumular una carga eléctrica de forma química. Las baterías tienen la ventaja, de poderse recargar una y otra vez, algo que no sucede con las pilas. Un ejemplo de ellas es la batería de plomo-ácido.

Actividad 1.22 ¿Pilas o Baterías? Completa de forma explícita, la siguiente tabla, con la información que se solicita, Recurre a fuentes confiables de información. Característica

Pilas

Baterías

Reversibilidad Estructura Voltaje que alcanza Lo que ocurre si no se usan Recargas Ejemplos 1.4 Pilas y baterías, un problema global Las pilas y las baterías son un medio importante para la generación de energía. Una gran diversidad de aparatos requiere de ellas para su funcionamiento, lo que ha traído en consecuencia la generación cada vez mayor de residuos que requieren de una atención especial cuando su capacidad para producir energía se ha agotado. 63

a) Pilas y baterías, unidades de almacenamiento de energía y su consumo desmedido Las pilas y las baterías son uno de los desarrollos tecnológicos más importantes a nivel mundial, ya que son dispositivos en los que, mediante un proceso electroquímico, se produce energía eléctrica que hace posible el funcionamiento de equipos y aparatos de uso común en el hogar, la industria y la medicina por mencionar algunos campos de su aplicación. Existe un gran número de pilas y baterías en el mercado, por la duración de su carga se clasifican en pilas primarias, son dispositivos en los que se realiza una reacción química irreversible, lo que significa que una vez que se lleva a cabo la reacción y se agota, deja de producirse energía eléctrica, por lo que también se les han denominado pilas no recargables; se encuentran en diferentes presentaciones comerciales (AA, AAA, C, D, entre otras) y las hay de diferente capacidad. De acuerdo con la tecnología que utilizan para generar energía, su composición química es diversa, así como sus usos. Por otra parte, las llamadas pilas secundarias o recargables, reciben el nombre común de baterías. En estos dispositivos el proceso o reacción química que ocurre es reversible, al igual que en las pilas primarias existen diferentes presentaciones comerciales y emplean diferente tecnología en la generación de la corriente eléctrica.

Actividad 1.23 Conozco sobre pilas primarias y secundarias Investiga en diferentes fuentes de consulta para completar la tabla siguiente. Puedes apoyarte en la página Cempre, Uruguay disponible en la siguiente URL: www.cempre.org.uy/index.php?option=com_content&id=85&Itemid=103 Tipo de pila

Ejemplos de algunos electrodos

Primarias

Secundarias

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Usos

Actividad 1.24 Impacto de las pilas y baterías Realiza la siguiente lectura y con base en ella elabora un mapa mental.

Consumo de pilas: implicación social, económica y ambiental ________________________________________________________ Las pilas primarias y secundarias son productos de alta demanda en la sociedad, pues un sin número de aparatos funcionan con la energía que éstas les aportan. Su elevado consumo está ligado al estilo de vida, la cultura, el consumismo y la educación ambiental de la sociedad, entre otros factores. La mayoría de la población poco se cuestiona sobre cómo es que tales dispositivos producen energía eléctrica y por lo tanto desconocen su composición química y los riesgos al ambiente y a la salud que pueden causar si no desechan adecuadamente al término de su vida útil. Las pilas se fabrican con elementos químicos tóxicos como el cadmio, el mercurio y el plomo, aproximadamente el 30 por ciento de las sustancias que las constituyen pueden causar daño a la salud y al ambiente. En México por ejemplo, la mayoría de las personas las desecha en los residuos sólidos urbanos, sin ningún cuidado o protección, luego éstos son transportados a los vertederos a cielo abierto y al paso del tiempo y el intemperismo o bien la quema de basura, provocan que su contenido se derrame contaminando el suelo, el agua y el aire. Desde 2001 en nuestro país se dejó de producir pilas y baterías, por lo que se importa el 100 por ciento de ellas. Se estima que una persona consume un promedio de 6 pilas no recargables anualmente y se comercializan aproximadamente 600 millones de pilas desechables anualmente, de las cuales se estima que el 40 por ciento proviene del mercado ilegal, lo que representa otra situación que atender, ya que no cumplen con los estándares de calidad nacional e internacional. Para atender este problema potencial de contaminación, los gobiernos implementan normas para garantizar la responsabilidad de cada uno de los sectores que participan en el ciclo de vida de las pilas y baterías, de esta manera se construyen normas donde se encuentran establecidas las responsabilidades de cada sector, normas que se deben de acatar no sólo para la comercialización de dichos dispositivos, sino también que se garantice la seguridad de su disposición y/o tratamiento cuando se agotan; dichas responsabilidades competen a los productores, importadores, comercializadores y consumidores. _________________ Adaptado por Espinosa de: SEMARNAT: 2018 y SITRASA:(s.f) 65

Mapa mental

b) Toxicidad de los metales presentes en pilas y baterías Las pilas primarias y secundarias ¿porqué al término de su vida útil, representan un riesgo potencial para el ambiente y la salud? Lee el texto siguiente y selecciona las ideas principales.

Pilas: posibles riesgos a la salud y al ambiente

__________________________________________________ Las pilas primarias y secundarias, de manera habitual al agotarse, forman parte de los residuos domésticos, de empresas y de oficinas, entre otros. Como se sabe, estos dispositivos hacen posible el funcionamiento de diversos aparatos, mediante la energía eléctrica obtenida de las reacciones electroquímicas que en ellos se realizan. Dichas reacciones se llevan a cabo entre sustancias químicas que incluyen metales pesados como: mercurio, cadmio, plomo, zinc, níquel y manganeso (la 66

mayoría altamente tóxicos para el ser humano y los ecosistemas, cuando se sobrepasa el límite); así como electrolitos que participan también y hacen posible la generación de energía eléctrica. Dichas sustancias pueden ser liberadas al ambiente cuando la pila es abandonada y su cubierta y empaques se degradan por ruptura o corrosión. Por la gran utilidad que tienen los diferentes tipos de pilas para las sociedades, en muchos países se han implementado procesos de reciclaje de algunos de sus componentes, así como sistemas de acopio diferenciados cuyo propósito es principalmente su aislamiento para evitar la liberación al ambiente de sustancias dañinas. Los riesgos a la salud y al ambiente por exposición a los contaminantes, es difícil de determinar ya que depende de la distribución geográfica, distribución temporal y poblacional. A continuación, se mencionarán algunos daños a la salud causados por sustancias presentes en los diferentes tipos de pilas:  El cadmio es una sustancia cancerígena, que al respirar altas concentraciones produce lesiones graves a los pulmones, al ser ingerido provoca daño renal y en altas concentraciones puede producir la muerte.  El mercurio se evapora a temperatura ambiente, sus átomos viajan y se depositan en los cuerpos de agua, donde por procesos aerobios y anaerobios se transforma en metil-mercurio, de esta manera es asimilado por los peces y otras especies de animales, además, puede atravesar la membrana placentaria, se acumula y puede provocar daño al cerebro de los neonatos. En el adulto, la ingesta y acumulación de mercurio puede provocar falta de memoria, pérdida de la visión, cambios en la personalidad, daño renal, entre otros.  El níquel provoca alergia severa en el ser humano por su exposición y asma; al ingerirlo en el agua contaminada provoca dolor de estómago y daño a los riñones. Algunos compuestos de níquel, se sabe que son carcinogénicos.  El manganeso en las pilas, se encuentra como dióxido de manganeso; existen estudios que sugieren efectos neurológicos, perturbaciones mentales y emocionales por su ingesta. Respecto al plomo su exposición a largo plazo puede provocar daño al sistema nervioso, riñones, problemas de infertilidad. Los órganos de entrada son el tracto gastrointestinal, sistema nervioso, tejido gingival y ojos. Debido a que no se tiene la certidumbre científica respecto a la relación causa-efecto de los contaminantes generados por la interacción y la exposición a dichas sustancias, es necesario investigar e informar a la población del “riesgo potencial” que representa el inadecuado manejo de los diferentes tipos pilas como residuo.

____________________ Adaptado por Espinosa de: Castro: 2004; Nordberg: (s.f) y SEMARNAT:2018

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Actividad 1.25 Pilas, metales potencialmente tóxicos y salud Investiga en diferentes fuentes de consulta y completa la siguiente tabla. Puedes apoyarte en las siguientes URL: Castro, J., Díaz, M. (2004). La contaminación por pilas y baterías en México. Gaceta Ecológica (72), 53-74, https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=53907205 Nordberg, D. et al. (s/f). Metales propiedades químicas y toxicidad. Enciclopedia de salud y Bienestar en el trabajo. http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/Enciclope diaOIT/tomo2/63.pdf Tipo de pila

Sustancia (%)

Daños a la salud

Mercurio

Plomo

Cadmio

Manganeso

Níquel

Actividad 1.26 ¿Qué tipo de residuos son las pilas? Investiga en diferentes fuentes de consulta para responder las siguientes preguntas: Puedes apoyarte en las referencias siguientes: 68

Informe de la situación del ambiente en México. Compendio de estadísticas ambientales. Indicadores clave y de desempeño ambiental. Edición 2012. Capítulo 7. pp 335; que puedes consultar en laURL: https://apps1.semarnat.gob.mx:445/dgeia/informe_12/pdf/Informe_2012.pdf SEMARNAT. (2018). Guía para el consumo y manejo sustentable de pilas https://www.gob.mx/semarnat/documentos/guia-para-el-consumo-y-manejosustentable-de-pilas 1. ¿Qué es un residuo de manejo especial (RME)?

2. ¿Qué es un residuo peligroso (RP)?

3. De acuerdo con la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de Residuos, ¿a qué grupo o categoría pertenecen las pilas?

4. ¿Qué tipo de pilas se consideran residuos peligrosos?

c) Disposición y reciclaje de pilas y baterías: alternativa para disminuir el deterioro ambiental. Normatividad mexicana Cada uno de los sectores que participan en el ciclo de vida de los diferentes tipos de pilas, deben conocer el marco normativo en cuanto a su clasificación, composición química, niveles permisibles de los metales presentes, clasificación como residuos, medidas para su manejo una vez concluida su vida útil, entre otras cuestiones. De acuerdo con el Proyecto de Norma Oficial Mexicana para pilas y baterías, los límites máximos permisibles de sustancias consideradas como peligrosas como el cadmio (Cd) y el mercurio (Hg), y con el fin de reducir al máximo el impacto en el ambiente y a la salud, sin que ello afecte al buen funcionamiento de dichos dispositivos es: Cadmio: 0.0020% de cadmio en peso (por unidad de pila) Mercurio: 0.0005% de mercurio en peso (por unidad de pila) 69

Actividad 1.27 Normatividad Mexicana de pilas y baterías Investiga la Normatividad Mexicana en relación a la disposición y reciclaje de pilas y baterías. Resuelve las preguntas siguientes. Puedes apoyarte en las siguientes URL: Proyecto de Norma Oficial Mexicana: Proy-Nom-212-SCFI-2016, Pilas y baterías primarias-límites máximos permisibles de mercurio y cadmio-especificaciones, métodos de prueba y etiquetado en: http://cofemersimir.gob.mx/expedientes/19042 SEMARNAT. (2018). Guía para el consumo y manejo sustentable de pilas https://www.gob.mx/semarnat/documentos/guia-para-el-consumo-y-manejosustentable-de-pilas

en

Gavilán-García, A; Rojas-Bracho, L; Barrera-Cordero, J. (2009). Pilas en México un Diagnóstico Ambiental (informe, marzo de 2009). INE en http://www2.inecc.gob.mx/descargas/sqre/pilas_diag_amb.pdf 1. ¿Qué medidas ha adoptado México para disminuir el impacto ambiental y a la salud provocado por la generación de pilas al concluir su vida útil?

2. ¿Qué puedes hacer como ciudadano implicado en la generación de residuos de pilas y baterías?

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Actividad 1.28 ¿Qué se hace en otras regiones del mundo con los residuos de las pilas y baterías? Revisa la normatividad sobre el tratamiento y/o disposición de las pilas y baterías de otros países y compara con México. Elabora tus conclusiones. Conclusiones

Actividad 1.29 ¿Qué hacer con las pilas agotadas? Revisa la información disponible en las siguientes URL: Criou, J. (2012). Ponte las pilas. Fundación UNAM www.fundacionunam.org.mx/ciencia/ponte-las-pilas/ SEDEMA. (2018). Ponte pilas con tu ciudad https://sedema.cdmx.gob.mx/programas/programa/ponte-pilas-con-tu-ciudad Con la información que obtuviste a través de la investigación realizada, elabora un mapa mental. 71

Mapa mental

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AUTOEVALUACIÓN Contesta las preguntas siguientes: 1. Los países con mayor producción y mayores reservas de litio respectivamente son: A) E.E.U.U y Australia. B) Chile y Argentina. C) Zimbawe y China. D) Chile y Bolivia. 2. Se prefiere extraer el litio de las salmueras debido a que: A) Se emplea el método de tajo abierto y este es más sencillo. B) El método que se emplea no depende de las condiciones atmosféricas. C) Los costos de producción son menores que los del espodumeno. D) Las salmueras son muy abundantes en todo el mundo. 3. Una de las causas de los problemas geopolíticos generados por la explotación del litio se debe básicamente a que: A) Los países donde se extrae no son los que fabrican las baterías. B) Es un elemento muy escaso en la naturaleza. C) Se localiza en sitios recónditos de muy difícil acceso. D) La demanda de litio es escasa. 4. De acuerdo con el balanceo redox de la siguiente ecuación química, los coeficientes estequiométricos de reactivos y productos son respectivamente _______________ y el agente oxidante es el ___________.

A) 2,5,6,2,10 / yodo. B) 1,5,6,10,2 / cloro. C) 1,5,6,2,10 / cloro. D) 10,2,6,5,1/ yodo 5. Al analizar la siguiente ecuación química, se puede inferir que el: A) Bromo se reduce porque pierde un electrón. B) Bromo se oxida porque gana un electrón. C) Hierro se reduce porque gana un electrón. D) Hierro se oxida porque pierde un electrón. 73

6. Con base en la ecuación química balanceada. ¿Cuántos gramos de ácido nítrico (HNO3) son necesarios para obtener 125 g de óxido de estaño (IV) (SnO2) y ¿cuántos gramos de óxido de nitrógeno (IV) (NO2 se formarán a partir de 75 g de estaño (Sn)? MM (g/mol): H = 1; N = 14; O = 16 y Sn = 119.

A) 7.24 g de HNO3 y 13.03 g de NO2 B) 13.03 g de HNO3 y 7.24 g de NO2 C) 115.96 g de HNO3 y 208.60 g de NO2 D) 208.60 g de HNO3 y 115.95 g de NO2 7. Son propiedades de las pilas primarias: A) Producen energía mediante una reacción química reversible y se constituyen de una celda. B) Producen energía mediante una reacción química irreversible y se constituyen de varias celdas interconectadas. C) Producen energía mediante una reacción química reversible y se constituyen de varias celdas interconectadas. D) Producen energía mediante una reacción química irreversible y se constituyen de una celda. 8. El __________ es una sustancia que se evapora a temperatura ambiente que al llegar a los cuerpos de agua es asimilado por los peces. Puede atravesar la placenta y provoca daño a los neonatos. A) Cadmio B) Manganeso C) Mercurio D) Níquel 9. De acuerdo con el Proyecto de Norma Oficial Mexicana 2016, Proy-Nom212-SCFI-2016, Pilas y baterías primarias-límites máximos permisibles de mercurio y cadmio-especificaciones, métodos de prueba y etiquetado, los límites máximos permisibles de mercurio (Hg) y cadmio (Cd) son respectivamente: A) 0.002% y 0.0005% B) 0.005% y 0.02% C) 0.0005% y 0.02% D) 0.0005% y 0.002%

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10. Se desea construir una celda galvánica que proporcione el máximo voltaje posible, se cuenta con los siguientes metales: calcio, zinc, níquel y cobre. Tomando en cuenta su potencial estándar de reducción, elige el inciso que incluya los dos metales adecuados para lograr el propósito mencionado. Elemento

Semirreacción

E° (V)

Calcio

Ca2+(ac) + 2e‒  Ca(s)

-2.87

Zinc

Zn2+(ac) + 2e‒  Zn(s)

-0.76

Níquel

Ni2+(ac) + 2e‒  Ni(s)

-0,25

Cobre

Cu2+(ac) + 2e‒  Cu(s) +0.34

A) El zinc como ánodo y el níquel como cátodo. B) El calcio como ánodo y el cobre como cátodo. C) El zinc como cátodo y el níquel como ánodo. D) El calcio como cátodo y el cobre como ánodo.

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